一种硅基负极片及其制备方法与二次电池技术

本发明专利技术涉及一种硅基负极片及其制备方法与二次电池。所述硅基负极片包括集流体和活性物质层，所述集流体为铜箔，所述活性物质层中的活性物质包括硅材料；所述硅基负极片满足如下关系：T>(40000

【技术实现步骤摘要】
一种硅基负极片及其制备方法与二次电池


[0001]本专利技术属于硅基负极片制造
，涉及一种硅基负极片及其制备方法与二次电池。

技术介绍

[0002]为满足电池越来越高的能量密度需求，含硅电池得到普遍应用。低于10％硅含量的电池已得到广泛应用。10％硅以上的高硅含量电池存在较多技术难点，如循环差、膨胀大和极片褶皱等问题。由于高硅添加量的负极极片在平行于极片方向的膨胀力大，对负极集流体铜箔的拉伸力巨大，使得常规铜箔在电芯满充后发生褶皱卷边等现象，引起电芯短路等风险并恶化了循环。
[0003]CN 108199002A涉及一种高比能锂离子电池负极，包括以下质量比的组分：负极活性材料70
‑
98％、导电剂一0
‑
5％、导电剂二0
‑
5％以及粘接剂余量，同时提出了通过该组份制备锂电池负极的制备方法，包括以下步骤：S1将负极活性材料、导电剂一、导电剂二和粘接剂加入去离子水，进行充分搅拌，得到负极浆料；S2将上述负极浆料用涂覆机涂覆于厚度为4
‑
12um，孔隙率为0％
‑
50％，孔径大小0
‑
200um铜箔集流体上，并进行烘干；S3将步骤S2中烘干后的铜箔集流体辊压，制成负极极片。利用不同类型导电剂的组合，以及多孔集流体，提升了电极的粘结强度，有效的抵消了硅负极充放电过程中体积膨胀的不利影响，同时，集流体多孔设计，改善了硅负极膨胀导致极片褶皱问题，降低了硅负极的不安全风险。
[0004]CN 111224057A涉及一种硅基负极用集流体及其制备方法和硅基负极极片，该制备方法包括步骤：提供质量体积浓度为(1～240)mg/mL的多巴胺溶液，多巴胺溶液中的溶剂是体积比为1:(1～3)的甲醇和pH值大于7的Tris缓冲液形成的混合液；将多巴胺溶液在有氧气存在的条件下静置12h～36h，再加入0.05wt％～0.8wt％的羧甲基纤维素水溶液混合，得到涂布液；采用微型凹版涂布方式将涂布液涂布于集流体基体上，干燥即得。制得的表面涂覆有聚多巴胺的硅基负极用集流体，增强了硅基负极浆料中活性材料与集流体之间的粘结力，改善和解决了循环过程中硅碳活性材料易从铜箔等集流体表面剥离脱落的问题，进而增强了硅基负极材料的循环性能。
[0005]以上技术方案通过添加剂或导电剂改善负极片，改进了硅易膨胀，负极片材料在循环过程中变形褶皱的问题，但是制备工艺复杂，且不能提升硅材料在活性物质中的含量。如何改进硅基负极片，使得提升硅材料在活性物质中的含量，且避免负极片满嵌锂状态极片褶皱或卷边问题，是急需解决的。

技术实现思路

[0006]鉴于现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种硅基负极片及其制备方法与二次电池，当硅基负极片的铜箔的拉伸强度与硅材料的含量、硅基负极片的剥离力之间满足计算式的关系时，硅基负极片中的硅颗粒能够被抑制膨胀，且铜箔不容易发生平行于极片方向的延展，避免了导致极片褶皱或卷边的问题出现，从而保证了含硅电池具有优异的循环
性能。
[0007]为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0008]第一方面，本专利技术提供了一种硅基负极片，所述硅基负极片包括集流体和活性物质层，所述集流体为铜箔，所述活性物质层中的活性物质包括硅材料；
[0009]所述硅基负极片满足如下关系：
[0010]T>(40000
×
M+2500)/P
[0011]其中，M为硅材料的质量占活性物质总质量的百分含量；
[0012]T为铜箔的拉伸强度，单位为MPA；
[0013]P为硅基负极片的剥离力，单位为N/m。
[0014]本专利技术中提供了一种计算式，当硅基负极片的铜箔的拉伸强度与硅材料的含量、硅基负极片的剥离力之间满足关系时，硅基负极片中的硅颗粒能够被抑制膨胀，且铜箔不容易发生平行于极片方向的延展，避免了导致极片褶皱或卷边的问题出现，从而保证了含硅电池具有优异的循环性能。
[0015]铜箔的拉伸强度T的测试方法根据GB/T 5230
‑
1995得到。
[0016]硅基负极片的剥离力P的测试方法为：将硅基负极片裁剪成2cm*15cm的长方形，用双面胶将硅基负极片其中一面的三分之二长度粘到不锈钢板上；用万能拉力机进行测试，夹持剩余三分之一长度没有被粘的硅基负极片，将双面胶与硅基负极片表面180度反向剥离；观察双面胶表面，若残留一层完整的膜片，则测得万能拉力机的力认为是硅基负极片的剥离力。
[0017]优选地，所述硅材料包括Si、SiO
n
(0<n<2)或SiC中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括Si和SiO
n
的组合，SiO
n
和SiC的组合，或Si和SiC的组合。
[0018]优选地，所述活性物质还包括碳材料。
[0019]优选地，所述碳材料包括石墨、硬碳、软碳中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制性的组合包括石墨和硬碳的组合，硬碳和软碳的组合，或石墨和软碳的组合，或石墨、硬碳和软碳的组合。
[0020]优选地，所述活性物质层包括活性物质、导电剂和粘结剂。
[0021]优选地，所述活性物质层中，硅材料、碳材料、导电剂和粘结剂的质量比为(9.5～28):(60～86):(1～1.2):(3～6)，例如可以是10:86:1:3、27.6:65.2:1.2:6、23:70:1:6、10:85:1.2:3.8或17:76:1:6，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
[0022]优选地，活性物质中所述硅材料的含量为10～35wt％，例如可以是10wt％、15wt％、20wt％、25wt％、30wt％或35wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为15～30wt％。
[0023]本专利技术提供的硅基负极片中硅材料的含量实现了在活性材料中高于10wt％的添加量。
[0024]优选地，所述硅基负极片的剥离力为10～40N/m，例如可以是10N/m、15N/m、20N/m、30N/m、35N/m或40N/m，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为18～35N/m。
[0025]当剥离力较大时，活性材料层与集流体之间作用力较大，同时活性材料层的作用
力较大，能更好地遏制负极中石墨颗粒与硅颗粒的膨胀力，然而提高剥离力的方式是增加活性材料层中粘结剂的用量，当粘结剂的用量提高时，电池的能量密度降低。剥离力越小，铜箔所受的活性材料层对铜箔的平行于铜箔方向的延展力越大，铜箔越容易发生平行于极片方向的延展从而导致极片褶皱或卷边。
[0026]第二方面，本专利技术提供了一种根据第一方面所述硅基负极片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
[0027](1)混合活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂，得到负极浆料；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种硅基负极片，其特征在于，所述硅基负极片包括集流体和活性物质层，所述集流体为铜箔，所述活性物质层中的活性物质包括硅材料；所述硅基负极片满足如下关系：T>(40000
×
M+2500)/P其中，M为硅材料的质量占活性物质总质量的百分含量；T为铜箔的拉伸强度，单位为MPA；P为硅基负极片的剥离力，单位为N/m。2.根据权利要求1所述的硅基负极片，其特征在于，所述硅材料包括Si、SiO
n
、SiC中的任意一种或至少两种的组合，其中0<n<2；优选地，所述活性物质还包括碳材料；优选地，所述碳材料包括石墨、硬碳、软碳中的任意一种或至少两种的组合；优选地，所述活性物质层包括活性物质、导电剂和粘结剂；优选地，所述活性物质层中，硅材料、碳材料、导电剂和粘结剂的质量比为(9.5～28):(60～86):(1～1.2):(3～6)。3.根据权利要求1或2所述的硅基负极片，其特征在于，活性物质中所述硅材料的含量为10～35wt％，优选为15～30wt％。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的硅基负极片，其特征在于，所述硅基负极片的剥离力为10～40N/m，优选为18～35N/m。5.一种根据权利要求1
‑
4任一项所述硅基负极片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：(1)混合活性物质、导电剂、粘结剂和溶剂，得到负极浆料；(2)涂覆所述负极浆料于集流体，干燥冷压，得到所述硅基负极片。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述活性物质包括硅材料和碳材料；优选地，所述硅材料、碳材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙语蔚，郑银坤，连爽，刘婵，侯敏，曹辉，
申请(专利权)人：上海瑞浦青创新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：